电子学中PWM电压的占空比

解释美丽的蝴蝶曾经是蹒跚学步的孩子无助的毛毛虫是很有趣的。当他们试图理解蝴蝶的生命周期时，你会被一连串的问题包围。我还在努力说服我8岁的儿子，蝴蝶曾经是毛毛虫。

我想找一只真正的毛毛虫作为例子，但后来决定搜索Youtube剪辑是一个更好的解决方案。虽然观看一个简单的视频片段有助于更清楚地描绘蝴蝶的生命周期，但了解电子产品的占空比需要更多的时间。

什么是占空比

为了理解占空比，你需要熟悉方波。方波不像正弦波形。方波没有曲线，而是由垂直和水平的线组成，如下图所示。

方波通常在数字电子学中产生，其中逻辑由指示“1”和“0”的电压电平表示。在方波中，电压水平几乎立即上升和下降，在图表上形成方形形状。

根据应用程序的不同，波形的逻辑1和0可能具有不同的持续时间比率。占空比一词是指正周期的持续时间相对于波形完成单个周期的总持续时间。

例如，上面所描述的波形具有50%占空比，因为正周期占据整个持续时间的一半。占空比也适用于三角形和锯齿形波形。

PWM占空比及其应用

在电子学中，产生具有不同占空比的方波的方法称为脉宽调制或PWM。PWM是控制模拟设备的数字电子应答。例如，一个LED可以通过降低其上的电压来变暗。

调光通常由可变电阻实现，其中电压按比例降低。在数字电子学中，唯一可能的电压电平是逻辑1和0的电平。然而，通过改变方波信号的占空比，可以实现调光过程。在实际应用中，方波的频率与占空比同样重要。这是因为方波需要足够快，以确保调光不会导致闪烁。

PWM也常用于伺服电机，其中脉冲的持续时间和占空比变得更加重要。伺服电机通常指定所需的占空比和持续时间，以便将其轴向某个方向移动。在一些伺服电机中，20毫秒方波的20%占空比将使轴旋转180度，而10%占空比将使其复位到原始位置。

PWM占空比决定了伺服电机的旋转方式。

PWM的美妙之处在于它远比施加模拟电压更有效。作为比较，使用PWM可以用更少的热量在LED上实现相同的亮度。然而，PWM信号会导致PCB上有噪声的电路，这意味着你需要勤于EMI预防在设计中。

如何产生PWM信号与所需的占空比

在设计中有几种方法可以产生PWM信号。一种具有成本效益的方法是使用经典的555定时器IC作为PWM发生器。可变电阻用于调节PWM发生器产生的PWM占空比。

在更复杂的电路中，需要自动调优占空比，PCB设计人员通常求助于微控制器。大多数微控制器都具有PWM功能，其中寄存器可以为引脚配置，以产生所需的占空比。在某些情况下，在固件中引入PWM功能，通过在特定的间隔上手动计时引脚。

无论您的选择是什么，重要的是要确保PWM不会对相邻信号引入电气干扰。为安全起见，套房之Cadence的PCB设计和分析工具一定会增加你的设计的任何必要性。此外,OrCAD PCB设计是能够任何布局的灵活性，您需要确保您的设计顺利进行。

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